導波雷達液位測量技術的新發展

   總觀工業儀表的發展進程，每種新的測量技術都是為解決工業過程測量中的某些難題而發展起來的，從而提高了測量技術的水平并帶來相應的工業效應。近幾年來，由于雷達液位儀表測量精度高、使用范圍廣而受到廣大技術人員的歡迎。有人認為，雷達液位測量技術是一種全能的液位測量技術，可應用于所有介質的液位測量。果真如此嗎？筆者認為并非如此，雷達液位計有其使用的局限性；而最新出現的導波雷達GWR Guided Wave Rada]液位測量技術則彌補了雷達測量液位中的缺陷，從而具有更廣闊的應用前景。

　　用雷達儀表測量液位似乎是無缺，它具有以下優點：1、發射與接收天線均不與介質接觸；2、高頻電磁波信號易于長距離傳送，可側大量程；3、測量不受液面上部空間氣相條件變化的影響。許多雷達液位儀表制造商認為，對該儀表惟一的挑戰是需要將價格降到可與其它液位儀表相匹敵的水平即可全面推廣應用。但隨著雷達儀表越來越多的使用，其缺點也越來越明顯。

　　雷達通過反射和接收高頻[GHZ]級、電磁能量，并計算電磁波達到液體面并反射回到接收天線的時間來進行液位測量；與超聲波液位計相比，由于超聲波液位計聲波傳送的固有局限性，雷達液位計性能大大優于超聲波液位計。超聲波液位計聲納所發出的聲波是一種通過大氣傳播的機械波，大氣成分的構成會引起聲速的變化，例如液體的蒸發汽化會改變聲波的傳播速度，從而引起聲波液位測量的誤差。而電磁能量的傳送則沒有這些局限性，它可以在缺少空氣（真空）或具有汽化介質的條件下傳播，并且氣體的波動不影響電磁波的傳播速度。

　　雷達液位測量儀表天線的輻射能約為1mW，是一種微弱的信號，當這種信號發射進入空氣中傳播時，能量減弱的非常快，當信號到達液面并反射回來時，自液面反射的信號強度[振幅、與液面的介電常數有直接關系，介電常數非常低的非導電類介質，如氫類液體，反射回來的信號非常小這種被削弱的信號在返回至安裝于罐頂部的接收天線的途中，能量又被進一步削弱，雷達液位計所接收到的返回信號能量小于它所發出信號能量的1%；當液面出現波動和泡沫時，情況就變的更復雜，它將信號散射脫離傳播途徑或吸收大部分能量，從而使返回到雷達液面功能，能從大量的雜散波中分辨出真實的液位信號，當用于上述介質條件，則石油產品液位，液面波動厲害、起泡沫等、和復雜安裝環境情況時，雷達液位儀表制造廠商不得不降低其儀表性能指標或干脆拒絕在這種場所使用。為了彌補雷達液位計的這些缺陷，導波雷達液位儀表運用而生，導波雷達的工作原理與常規通過空間傳播電磁波的雷達非常相似，GWR的基礎是電磁波的時域反射性TDR[TIME DO MAIN REFECTORY]多年來TDR一直被用于檢測發現埋地電纜和墻內埋設電纜的斷頭。　測電纜斷頭時，TDR發生器發出的電磁脈沖信號沿電纜傳播，遇到斷頭時，就會產生測量反射脈沖；同時，在接收器中預先設定好的與電纜總長度相應的阻抗變化也引發出一個基本脈沖，將反射脈沖與基本脈沖相比較，可精確測出斷頭的位置。將該原理用于液位測量時，TDR發生器每秒中產生20萬個能量脈沖并發送入波導體與液體表面的接觸時，由于波導體在氣體中和液體中的導電性能大不相同，這種波導體導電性的改變使波導體的阻抗發生聚燃變化，從而產生一個液位反射原始脈脈沖，同時在探頭的頂部具有一個預先設定的阻抗，該阻抗導致一個可靠的基本脈沖發生，該脈沖又稱為基線反射脈沖。雷達液位計檢查到液位反射原始脈沖，并與基線反射脈沖相比較，計接受天線的信號更加弱小或無信號；另外當儲罐中有混合攪拌器、管道、梯子等障礙物時，這些障礙也會反射電磁波信號，從而產生虛假的液位信號；這就是雷達液位儀表真實的工作過程。

   正因為如此，盡管雷達液位儀表的變送環節具有功能完善的微處理器，有較強的信號處理和分辨從而計算出介質的液位高度。高導電性介質[例如水等、液位產生較強的反射脈沖，而低導電性介質[如烴類、產生反射較弱，低導電性介質使得某些電磁波能沿著探頭[波導體、穿過液面繼續向下傳播，直至*消散或被一種較高導電性的介質反射回來，這就使我們有可能采用GWR測量兩種液體的界面[如油/水界面]等，條件是界面下的液體介電常數應遠遠高于界面上液體的介電常數。